Nutrição Vegetal e Solos: Elementos Essenciais e Ciclos

Plantas necessitam de luz e certos elementos químicos para o metabolismo e crescimento. Sob condições ambientais favoráveis, vegetais clorofilados podem usar a luz para transformar CO2 e H2O em compostos orgânicos (fonte de energia). Podem também sintetizar todos os seus aminoácidos e vitaminas usando nutrientes inorgânicos.

A nutrição de plantas envolve a absorção de todos os materiais brutos necessários aos processos bioquímicos essenciais, a distribuição desses materiais dentro da planta e sua utilização no metabolismo e crescimento.

Elementos Essenciais:

• Micronutrientes (ou elementos traços): Requeridos em quantidade muito pequena.
• Macronutrientes: Requeridos em grande quantidade.

Células vegetais precisam utilizar energia para acumular solutos (para mover solutos contra um gradiente eletroquímico). Plantas que crescem numa mesma mistura de nutrientes podem diferir bastante no conteúdo endógeno desses mesmos nutrientes.

Funções dos Elementos Essenciais:

São classificados em 2 grupos:

1. Aqueles que têm um papel na estrutura de compostos importantes.
2. Aqueles que têm função de ativadores de enzimas.

Sintomas de Deficiência Nutricional:

A maioria é associada com o caule: crescimento raquítico dos ramos e folhas, morte localizada de tecidos (necrose) e amarelecimento das folhas devido à perda ou à reduzida formação de clorofila (clorose). Os sintomas de deficiência dependem do papel do elemento na planta e da sua mobilidade dentro dela (facilidade com que é transportada no floema, indo das partes mais velhas para as novas). Ex: Magnésio - na sua falta não há formação da clorofila (clorose).

Solo:

Fonte primária de nutrientes para os vegetais. O solo fornece suporte físico, nutrientes inorgânicos adequados, água e ambiente gasoso conveniente ao desenvolvimento do sistema radicular.

Intemperismo das Rochas:

Produz nutrientes inorgânicos utilizados pelas plantas: minerais (compostos inorgânicos que ocorrem naturalmente e que são formados de 2 ou mais elementos em proporções definidas de peso). Processos de intemperização envolvendo desintegração física e decomposição química de minerais e rocha na superfície terrestre ou próximo dela, produzem os materiais inorgânicos no qual o solo é formado. O solo também contém materiais orgânicos: bactérias, fungos, algas, líquens, briófitas e pequenas plantas vasculares estabelecem-se sobre ou entre as rochas intemperizadas e minerais.

Ciclo dos Nutrientes:

Tanto macro como micronutrientes estão constantemente sendo reciclados através dos corpos de plantas e animais, retornando ao solo, sendo quebrados e absorvidos pelas plantas novamente.

Ciclo do N2:

Atmosfera: 78% de N2. Porém, a maioria dos seres vivos não tem a capacidade de usar diretamente o N2 atmosférico para fazer aminoácidos e outras substâncias orgânicas (são dependentes de compostos nitrogenados mais reativos como o amônio e o nitrato presentes no solo). Mas o N2 é escasso no solo e é o principal fator limitante do crescimento vegetal.

Estágios: Amonificação, Nitrificação, Assimilação.

Amonificação: N2 do solo (derivado de organismos mortos que estão sob a forma de materiais orgânicos complexos: proteínas, aminoácidos, ácidos nucleicos e nucleotídeos) são quebrados por bactérias saprófitas do solo e vários fungos. O N2 resultante é incorporado em aminoácidos e proteínas por esses microrganismos e o excesso liberado sob a forma de íons amônio (NH4+) = Amonificação.

Nitrificação ou Oxidação da Amônia: Este processo libera energia que é usada por bactérias (autotróficas quimiossintetizantes) para reduzir o CO2. O nitrito é tóxico para as plantas (mas raramente se acumula no solo). Nitrobacter oxida o nitrato para formar íons nitrato (NO3-) com a liberação de energia.

Nitrato: Forma na qual quase todo N2 é absorvido pela maioria das plantas cultivadas que crescem em terra seca.

Desnitrificação: Perda de N2 no sistema solo-planta. Processo anaeróbio no qual o nitrato é reduzido a formas voláteis de N2 os quais retornam à atmosfera. Ocorre em condições de baixa concentração de O2: solos encharcados, pântanos, brejos. O N2 também é perdido devido à remoção das plantas (colheita), erosão, pelo fogo, lixiviação etc.

Fixação: Há reposição do N2 no solo. É o processo pelo qual o N2 atmosférico é reduzido a NH4+, ficando disponível para ser transferido para compostos contendo C, a fim de produzir aminoácidos e outras substâncias. Enzima que catalisa essa reação: nitrogenase. Bactérias fixadoras de N2 que vivem em associação simbiótica (mais comum são: Rhizobium e Bradyrhizobium as quais invadem raízes de leguminosas) suprem a planta com uma forma de N2 que pode ser usada na síntese das proteínas e a planta supre as bactérias com uma fonte de energia para sua atividade de fixação de N2 e com moléculas que contêm C, as quais são necessárias para a produção de compostos nitrogenados.

Nódulos: Rizóbios entram nos pelos radiculares de plantas leguminosas quando ainda estão no estágio de plântulas. Há formação de canais de infecção. Quando rizóbios aumentam de tamanho e tornam-se fixadores de N2 são chamados de bacterióides. A proliferação contínua tanto dos bacterióides como das células corticais da raiz resulta na formação de crescimentos tumorais (nódulos). A associação entre a bactéria e a planta é altamente específica. Bactérias não simbióticas (de vida livre): são saprófitas, comumente encontradas no solo.

Assimilação: Uma vez dentro da célula, o nitrato é reduzido a amônio que é incorporado em compostos orgânicos pela rota da glutamina sintetase glutamato sintase. Na maioria das plantas herbáceas: ocorre no cloroplasto das folhas, quando a quantidade de nitrato disponível para as raízes é pequena, ocorre nos plastídeos das raízes, o N2 orgânico produzido é transportado para o xilema sob a forma de aminoácidos.

Movimento da Água e Solutos nas Plantas:

Tecidos de transporte são floema e xilema. O movimento da água e nutrientes inorgânicos através da planta: 99% da água absorvida nas raízes é liberada para o ar como vapor d’água (transpiração: se dá pelas folhas, mas pode se dar por qualquer outra parte do vegetal acima do solo). Por que as plantas perdem quantidades tão grandes de água na transpiração? (Energia necessária para a fotossíntese vem da luz, mas para obter fotossíntese máxima, a planta deve expor o máximo de sua superfície ao sol, criando assim, uma grande superfície de transpiração. Os cloroplastos precisam de CO2 que está disponível na atmosfera, mas para sua entrada na célula vegetal por difusão, ele deve estar em solução.

Controle da Transpiração:

Pode ser danosa para a planta (perda de água excedendo a absorção retarda o crescimento e causa morte por desidratação). Adaptações que minimizam a captação do CO2: cutícula (impermeabilização) e estômatos (por onde as plantas vasculares perdem a maior parte da água).

1. Evaporação da água das superfícies das paredes celulares adjacentes aos espaços intercelulares ou espaços aeríferos das folhas.
2. Difusão do vapor d’água resultante dos espaços intercelulares para a atmosfera. São pequenas aberturas da epiderme, circundado por 2 células guarda que mudam sua forma para efetuar a abertura e o fechamento dos poros, formam uma estrutura alveolar de espaços cheios de ar dentro da folha. Esses espaços estão saturados de vapor d’água, seu fechamento impede a perda de vapor d’água pela folha e a entrada de CO2.

Movimentos Estomáticos:

Resultam da variação da pressão de turgor nas células guarda: abertura quando solutos são acumulados que causa movimento osmótico de água para dentro das células guarda. O maior responsável por esses gradientes de potencial hídrico é o íon potássio - a concentração de potássio aumenta quando o estômato abre, a concentração de potássio diminui quando o estômato fecha. Há também os íons cloro e malato. Fatores que afetam o movimento dos estômatos: perda de soluto K+ nas células guarda inicia-se quando o ABA de origem mesofítica atinge os estômatos, sinalizando que células do mesófilo estão em estresse hídrico. A concentração de luz, CO2 e temperatura é igual em muitas espécies. O aumento de CO2 causa fechamento dos estômatos, na maioria das espécies os estômatos se abrem em presença de luz e se fecham no escuro. Temperatura maior que 30-35°C pode levar ao fechamento dos estômatos. Alta temperatura aumenta a taxa de respiração, aumenta a concentração intercelular de CO2 o qual deve ser a causa real do fechamento estomático em resposta ao aquecimento. Estômatos, na maioria das plantas abrem de dia e fecham à noite.

Fatores que Alteram a Taxa de Transpiração:

• Temperatura: O volume de evaporação da água dobra a cada aumento de 10°C.
• Umidade: A água é perdida muito mais devagar numa atmosfera mais saturada com vapor d’água.
• Corrente de Ar: O vento retira vapor d’água da superfície foliar.

Características da Água: Coesão e Tensão:

A água se move através dos elementos de vaso ou traqueídes do xilema. A água difunde-se livre através da membrana plasmática - a concentração de solutos dentro da célula diminui - um gradiente de potencial hídrico se estabelece entre essa célula e as células adjacentes, mais saturadas - essas células ganham água de outras células até que essa cadeia de eventos atinja um vaso e exerça uma sucção ou tensão na água do xilema = devido à coesão entre as moléculas de água, esta tensão é transmitida por todo o caminho da água no caule até as raízes e a água é retida nas raízes, sobe para o xilema e é distribuída para as células que estão perdendo vapor d’água para a atmosfera. Esta perda d’água forma um potencial hídrico mais negativo nas raízes e aumenta sua capacidade de absorver água do solo. Essa é a teoria da coesão e tensão/ teoria da coesão, tensão e adesão, pois há adesão das moléculas de água às paredes dos traqueídes e vasos do xilema e às paredes das células das folhas e raízes. A coesão das moléculas de água no xilema é aumentada pelo efeito da filtração radicular que remove partículas finas que poderiam causar a formação de bolhas e pelo pequeno diâmetro dos vasos do xilema. A cavitação (ruptura da coluna d’água) e a embolia (preenchimento dos vasos e ou traqueídes com ar) = são prejudiciais para o mecanismo da tensão e coesão. De manhã a seiva começa a se movimentar primeiro nos ramos, pois a tensão surge próximo às folhas, e a seguir no tronco. De tarde o fluxo diminui primeiro nos ramos e depois no tronco.

Adaptações para Captação de Água:

Sistema radicular extenso, adaptação=vasos, cutícula, estômatos, controle-transpiração físico.

Vasos:

Traqueia: Elemento de vasos: xilema, lenhoso, tubo oco, células justapostas.

Traqueíde:

Transporte mais lento, células com cavidade para comunicação entre células.

Hidatódio:

Poros sem controle estomático, poros permanentes = elimina excesso de água.

Capacidade de Campo:

Capacidade de retenção de água no solo.

Pelo Absorvente:

Aumenta a superfície de contato, dilatação da epiderme da raiz.

Entrada de Água (Transporte):

• Rota Apoplástica: Entrada entre as células - entrada mais fácil.
• Rota Transmembrana: Passa dentro das células, ultrapassa membrana plasmática, poros da parede celulósica.
• Rota Simplástica: Passa dentro das células pelos plasmodesmos. Não ultrapassa a membrana.

Transpiração:

Perda de água em forma de vapor pelos estômatos.

Gutaçao:

Perda de excesso de H2O através dos hidatódios quando estes estão fechados e a seiva sobe por pressão da raiz.

Inimigos:

Vírus, fungos, bactérias, herbívoros, insetos etc.

Barreiras:

Cutícula, ceras.

Suberificação:

Interna (endoderme), estrias de Caspary.

Absorção de Água pelas Raízes:

O sistema radicular serve para fixar a planta no solo, suprir a necessidade de água pelas folhas devido à transpiração. Pelos radiculares: a água movimenta-se através do córtex - endoderme - cilindro vascular - já nos elementos condutores do xilema, a água sobe através da raiz e do caule em direção às folhas.

Vias que a Água pode Percorrer:

Apoplasto (nas paredes celulares), simplasto (de protoplasto para protoplasto vai plasmodesmos), transcelular: de célula para célula, passando de vacúolo para vacúolo.

Na ausência de transpiração as raízes podem gerar uma pressão positiva: neste caso o gradiente de potencial hídrico é gerado pela secreção de íons para dentro do xilema - o potencial hídrico do xilema torna-se mais negativo e a água penetra na mesma por osmose. Assim cria-se uma pressão positiva que força tanto a água como aos íons em solução para cima no xilema.